《生物化学》课程思政优秀教学设计

“酶的分离纯化及活力测定”

生命科学学院  姓名 武金霞

课程名称：生物化学

课程性质：核心专业课

授课对象：2020级生物信息专业

教学方式：线下教学

一、教学目标

1.价值目标

通过引入核酸检测所需的Taq酶案例，激发学生学习课程内容的兴趣，提升学生的专业自豪感，培养它们尊重科学、担当社会责任、造福人类的责任心。

2.知识目标

掌握酶的分离纯化的基本原理、掌握酶活力测定原理及常用的方法。

3.能力目标

通过将基本理论与实验操作相结合的方式教学，使学生掌握酶分离纯化及活力测定过程的原理及操作中的细节，具备理论联系实际，学以致用，举一反三的能力。

二、教学内容分析

1.学情分析

学生学习了酶学一章的大部分内容，包括酶的分类、酶的催化机制、酶的专一性及酶的动力学，对酶的催化特性、所需条件、影响因素有了一定的了解。

2.教学重点

酶分离纯化原理及酶活力测定方法。

3.教学难点

酶活力、酶促反应速度、酶活力测定的逻辑关系。

4.对重点、难点的处理

围绕酶的化学本质是蛋白质这一关键，通过回顾蛋白质的理化性质及纯化技术进行引导，同时与学生正在做的生物化学实验课“大蒜SOD的提取及性质测定”相结合，采用理论联系实际，用实际操作印证基本理论的方法，加深理解。板书清晰明了地写明酶促反应式，围绕“酶促反应的实质就是在一定条件下将底物催化形成产物”这一主线条，以实际生活中常见的酶举例，讲清楚如何测定酶活力。

三、课堂组织与实施

（一）.教学过程

1.复习旧课

老师演唱自己创作的“酶的专一”生化歌曲，请同学们抢答歌曲里边包括哪些生物化学知识点。

图1 同学抢答歌曲知识点

老师对着PPT圈点总结歌曲包含的酶学知识点。酶分子的专一性是代谢途径和网络正常运行的基本保证.引入思政内容，社会中的人也是一样，每个人恪尽职守，做好分内的事情，才能有和谐的社会。

图2 老师圈点歌曲包含的酶学知识点

2.导入新课

第一部分内容是酶的分离纯化，首先让同学们思考，讨论为什么要进行酶的分离纯化研究？

图3 学生主题讨论的词云

先肯定学生所答，补充学生没有提及的方面。

引入思政内容，疫情下全民核酸检测案例。

图4 引入核酸检测的PPT

大规模快速准确检测病毒核酸，用什么方法？引导学生提出问题，老师再介绍PCR技术及所需的Taq酶，这种酶的发现、发酵、分离纯化是建立PCR技术的基础，是学生理解酶的分离纯化的意义。

酶的分离纯化原理与蛋白质基本相同，只是根据的酶所具有的特性，在提取时有细微的差别。

板书：选材     细胞破碎      酶的抽提      酶的纯化

采用讲授基本理论与 “大蒜SOD提取及性质测定” 综合性实验实际操作相结合的方法，加深学生的理解。

选材：选择目的酶含量丰富的材料。

现场提问：大家提取SOD选择的是哪种材料？

细胞破碎：要根据材料的来源及量的多少而定。动物植物微生物材料细胞结构差异，破碎难易程度不同。

在“细胞破碎”下边板书：匀浆（研磨）、超声波、石英砂、溶菌酶。

提问，大蒜SOD提取用什么方法破碎细胞？

酶的抽提：采用一定的方式，将材料中的酶最大限度地释放出来。

学生活动：随堂练习，在大蒜SOD提取实验中，你选择了下面哪种试剂作为浸提液？

图5 点评统计结果

老师点评结果，强调酶的抽提利用蛋白质的盐溶性质。

“酶的抽提”板块画三个箭头。螯合金属离子（EDTA）、保护巯基还原型（用DTT）、抑制蛋白酶活性（抑制剂）。

在“酶的纯化”板块下边，画2个箭头，粗提、精制。

粗提兼顾除杂和浓缩，最常用的是几种沉淀方法，包括pI、盐析、有机溶剂沉淀。

学生活动：随堂练习：在制备大蒜SOD粗酶液时，选择的是下面哪种方法沉淀SOD？随后点评统计结果。

图6 随堂练习统计图

主题讨论：有机溶剂沉淀蛋白质时，应注意的几点问题？

图7主题讨论词云

总结：低温操作、试剂预冷、局部浓度不能过高。

酶的粗提液中还含有较多的杂蛋白，需要依据性质差异进行纯化。

在“精制”板块下边，板书：大小、荷电、疏水、亲和力。

图8 板书重点内容

简述依据大小、荷电、疏水性差异的纯化方法。

重点介绍亲和层析---纯化效率最高的方法。依据酶与底物、底物类似物、

抑制剂之间专一的可逆的亲和作用，以底物、类似物、抑制剂为配体，制备亲和介质，做亲和层析，只需一步就可得到粗提液中的目的酶。

举例：鸡卵类黏蛋白是猪胰蛋白酶的抑制剂，在pH7-8之间结合，在pH2-3解离，可以将鸡卵类黏蛋白做配体，固定于琼脂糖凝胶颗粒上，装柱进行柱层析，用pH7-8之间的缓冲液提取猪胰蛋白酶粗提液，上柱，使之吸附，再用pH2-3之间的缓冲液洗脱，得到纯化的猪胰蛋白酶溶液。

第二部分内容酶活力测定。

首先介绍概念。酶活力：催化某一化学反应的能力。酶活力单位：就是酶活力的度量单位，表示酶量的多少，是指在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量U。说明国际单位（IU）规定的的时间和底物量。

板书：

图9 板书难点内容

需要沿着一条逻辑线条，三个要素进行思考。

一是反应条件，反应体系中底物和酶要保证[S]=100 Km，最适pH 、温度；二是绘制酶促反应进程曲线，找出酶促反应速度与反应时间成线性关系的区段；三是依据产物的理化性质进行测定。

较为常用的方法：

分光光度法：酶促反应的产物具有光吸收性质，或反应产物进行一定反应后具有光吸收性质。

电化学法：反应过程中有pH的变化。

最后讲授如何衡量酶的分离纯化效果，即酶的纯度？

图10 引出酶纯度表示方法的教学PPT

让学生观察普通化学品和酶制剂商品包装图片，现场点名提问，找出纯度表示方法的差异。

引出U/g的含义，比活力的概念：单位质量酶产品中的酶活力,常用每毫克蛋白质所含酶活力单位数表示。比活力表示酶的纯度。比活力越高，酶的纯度越高。

图11 直观表示酶活力与比活力的教学PPT

用模拟图直观展示酶活力与比活力。

图12展示不同纯度酶制剂的教学PPT

结合生产实践中常见的产品标签标示，让同学们理解酶的纯度的实际意义。

（二）.教学方法

讲授法、多媒体教学法、案例引入法、问题探究法、逐步引导法。

（三）.教学活动设计

本节课是以学生为主体，教师为主导的线下教学。

1.采用生物化学课程独有的生化歌曲形式，大大提高课堂对学生的吸引力，之后采用圈点歌词的方法总结知识点，做到寓教于乐，寓学于乐。

2.以新冠病毒核酸检测中重要的Taq酶在抗疫中发挥的重要作用引出本

节课的重点内容。讲授基本原理过程中，紧密与学生的实验课操作相联系，采用随堂练习、主题讨论、抢答等方式，全程让学生的思维沿着分离纯化的总思路进行，同时回顾实验操作，加深对基本理论的认识。

3.采用围绕酶促反应式主线条的方法讲授本节课难点“酶活力测定”。板

书酶促反应及所需条件，以淀粉酶水解淀粉形成葡萄糖为例，加深学生对酶活力单位及测定方法的理解，并获得举一反三的能力。

（四）.课程思政理念及分析

1.通过老师演唱生化歌曲的形式复习“酶的专一性”知识，这个思政点的引入方式深受同学们喜爱。将酶的功能与社会中的个人的职责进行类比，每一个人要象酶一样对自己的工作专一专注，做好份内的事情，恪尽职守，大大提升学生的使命感和责任心。

2.通过引入疫情形势下全民核酸检测的案例，只有Taq酶的纯化，才有PCR技术，才可能实现大规模快速核酸检测，人类才会顺利抗击新冠疫情。将思政内涵无声融入教学，学生能够深切理解酶的分离纯化工作的重要性，极大地激发了学生的学习兴趣，同时提升专业自豪感。

四、教学效果分析

（评价与成效等，语言简洁，1000字以内）

1.思政融入：挖掘了课程教学内容中蕴含的思政元素，首先以生物化学课程独有的生化歌曲方式融入第一个思政点，学生易于接受，通过圈点分析歌词内容，总结酶的专一性知识点，使学生感受细胞中的酶履行自己的生物学功能的特性，类比于社会生活中的个人，提升学生的社会责任感。第二次引入全民核酸检测这个人人都能感受到的事实案例，让学生深切感受到所学专业，所学课程内容的社会意义，提升专业自豪感和学习兴趣，激发科技报国的信心。

2.教学目标：通过引入典型的与人类生活密切相关的酶的案例，培养学生尊重科学、担当社会责任、造福人类的责任心，激发他们认真学习掌握酶的分离纯化的基本原理、酶活力测定原理及常用的方法，通过基本理论与实验操作相结合的方式教学，使学生获得在实际工作（实验）中学以致用，举一反三的能力。

3.教学设计：整体教学设计分为回顾前课和实施新课两部分。回顾前课采用演唱生化歌曲、圈点歌词中的知识点方式进行。以全民核酸检测事实案例导入本节课重点内容“酶的分离纯化”，激发学生兴趣，讲授基本原理。紧紧围绕酶促反应式的主线条，举例实际生活中常见的酶，引导学生的思维如何测定酶的活力，最终落实到以某种化学方法测定某种物质的量，紧扣生物化学就是以化学的原理与方法研究生物学的课程概念。

4.教学实施：教学实施体现以学生为主体，教师为主导的教学理念。在教师整体授课思路的引领下，采用主题讨论、随堂练习、抢答、随机选人、提问等方式，全程学生积极参与课堂互动，杜绝教师一言堂。板书将本节课重点内容“酶的分离纯化”策略与步骤和关键词，本节课难点“酶活力测定”板书酶促反应式，围绕酶促反应式步步引导式讲解测定酶活力的本质。

5.教学效果：本节课共有6次学生课堂师生互动，包括学习通抢答、随堂练习、主题讨论及现场点名提问等，课堂气氛活跃，激发了学生的学习兴趣，学生能够跟随教师设计的思路积极思维，从统计数据看，绝大多数同学理解掌握了课程内容，教学目标达成较高，达到了良好的教书育人的效果。